(57)【要約】【課題】固体試料表面または表面下における欠陥の有無、ならびに欠陥そのものを非破壊的に検出する手段を提供する。【解決手段】固体試料表面に超音波ビームや光ビームを用いて線状の波動を励起し、それを試料表面にわたって走査して励起した波動の反射や拡散を検出する事により、試料の表面または表面下に欠陥が存在するか否かと一様な構造中のどこに欠陥が判断するかを、信号の大きさによって速やかに判断できる機能を有し、ＣＴの技法と組み合わせる事によって映像化をも可能とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスあるいは断続する光ビーム（２）を固体試料（１）表面に線状に照射し、当該固体（１）における光吸収を利用して表面に線状の熱源を発生させ、それによって生じた固体試料中に発生する熱弾性波や、固体と接している気体や液体中に発生する音波を圧電素子（３）やマイクロフォン（４）等の検出器により検出し、線状の光ビームを試料表面にわたって走査し、発生する信号の大きさや位相変化などの情報から点状の波動の励起を１点１点行う場合よりも速やかに欠陥の有無を検査するか又は試料濃度の不均一さなどを評価する機能を有する装置及び方法。
【請求項２】
圧電素子（３）などの変換器により発生したパルスあるいは断続する超音波ビーム（２）をシリンドリカルレンズ（４）等の結像系により固体試料（１）表面に線状に整形、収束して照射し、当該固体（１）中に入射する超音波の固体試料表面または内部での反射を利用して、反射波を圧電素子（３）などの変換器により電気信号に戻して検出する。線状の超音波ビームを試料表面にわたって走査し、反射して戻ってくる信号の大きさや位相変化などの情報から、点状の波動の励起を１点１点行う場合よりも速やかに欠陥の有無を検査し、あるいは試料濃度の不均一さなどを評価する機能を有する装置及び方法。
【請求項３】
パルスあるいは断続する光ビーム（２）を固体試料（１）表面に線状に照射し、当該固体（１）における光吸収を利用して表面に線状の熱源を発生させ、それによって生じた固体試料中に発生する熱や温度上昇を、プローブ光（５）の偏向や干渉、あるいは発生する赤外線の強度等の物理的変化として検出し、線状の光ビームを試料表面にわたって走査し、発生する信号の大きさや位相変化などの情報から、点状の波動の励起を１点１点行う場合よりも速やかに欠陥の有無を検査するか又は試料濃度の不均一さなどを評価する機能を有する装置及び方法。
【請求項４】
パルスあるいは断続する光ビーム（２）を固体試料（１）表面に線状に照射し、当該固体（１）における光吸収を利用して表面に線状の熱源を発生させ、それによって生じた固体試料中に発生する熱や温度上昇を、試料を取り囲む電解液中の電気化学電流等の化学的変化として検出し、線状の光ビームを試料表面にわたって走査し、発生する信号の大きさや位相変化などの情報から、点状の波動の励起を１点１点行う場合よりも速やかに欠陥の有無を検査し、あるいは試料濃度の不均一さなどを評価する機能を有する装置及び方法。
【請求項５】
光線としてレーザービームを用いるもの、あるいは光学系に顕微鏡の機能を組み込んだもの、あるいは光ファイバー（１２‘）および検出部の移動、ならびに駆動装置を用いることを特徴とする請求項１、３、４の何れかに記載の装置及び方法。
【請求項６】
光線、あるいは超音波ビームによる上記請求項１−５に記載のいずれかに該当し、かつＣＴ（コンピューター断層画像法）の手法を併用する事によって、速やかな欠陥や不均一部分の検出と、線状ビームの方向の回転などにより、点状の波動の励起を１点１点行う場合と同じ様な映像化をも可能とした事を特徴とする請求項１−５の何れかに記載の装置及び方法。
【請求項７】
光線、あるいは超音波ビームによる上記請求項１−５に記載のいずれかに該当し、かつ点状の波動の励起を可能とする結像系をも搭載して、シリンドリカルレンズから通常のレンズへの切り替えの様な結像系の切り替えを行う事によって、線状ビームのみならず試料表面での１点１点の結像を行う映像化の利用をも可能とした事を特徴とする請求項１−５の何れかに記載の装置及び方法。
【請求項８】
光線ビームによる結像系と超音波ビームによる結像系の双方を有し、かつ切り替えによって超音波による計測と光による計測の双方を切り替えられる機能を有する事を特徴とする請求項１−７の何れかに記載の装置及び方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、固体試料表面や内部に存在する欠陥や不均一部分の非破壊的検査や評価を行う装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、固体試料表面や内部の欠陥の非破壊検査および評価においては、サーモグラフィーやポテンシャル法、アコーストエミッション法、光ファイバーによる目視などがあった。また超音波顕微鏡においても線状に収束したビームを用いる方法が知られており、光音響映像法の分野でもＣＴの技術を組み合わせた光音響トモグラフィーが実現されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  超音波顕微鏡や光音響顕微鏡による非破壊検査では点状に収束される光源や超音波ビームにより１点１点励起して計測するのでは、工業的検査として測定時間がかかりすぎるなどの重大な技術上の隘路があり、この問題を解決する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は、超音波顕微鏡や光音響顕微鏡による非破壊検査における測定時間の短縮を行うために、線状に収束される光源や超音波ビームにより波動を発生させて線状に並ぶ励起源の１点１点から発生する波動を線にそって加えた和を求める事を特徴として、従来の課題を解決するものである。【０００５】  従来、Ｘ線ＣＴ（コンピューター断層画像法）に代表されるＣＴにおいては、例えば人体などの被測定対象を仮想的に走査面上でさいの目状に分割し、Ｘ線ビームの通る経路にそってその吸収係数の和を透過率から求める。【０００６】  本装置及び手法の原理を光音響顕微鏡の場合を例として以下に数式で示す。試料の吸収係数が未知の領域の数をＮｘＮ個に分割する。配列の中ｉ行目ｊ列目の要素における光の吸収係数をαｉ，ｊと表現する。試料全面を照射できる程大きな線状ビームで走査を行うと仮定する。光音響信号強度は入射する光ビーム強度と試料の吸収係数に比例するので、線状ビームを列方向に合せて行方向に水平走査する場合には、走査ビームがｊ列を照射する時に発生する光音響信号はＡを定数として下記の式のように書ける。【０００７】
【数１】
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【０００８】  同様に線状ビームを行方向に合せて列方向に垂直走査する場合には、走査ビームがｉ行を照射する時に発生する光音響信号は下記の式のように書ける。【０００９】
【数２】
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【００１０】  １方向の走査でビームに沿った直線上で吸収係数をＮ個加えた和のデーターをＮ個得る事が出来る。線状ビームで走査をする方向を０度〜１８０度の間でＮに分割した様々な角度に傾けて測定を行えば、データーが合計でＮｘＮ個得られ、未知数の数と一致して数値的に解けることになる。これがＣＴの原理である。【００１１】  なお、超音波顕微鏡では光の吸収ではなく、反射して戻る超音波の強度の違いにより映像化を行うため、上記の理論式における光の吸収係数αｉ，ｊを超音波の反射率Ｒｉ，ｊで置き換えたものとなる。【００１２】  本発明では、このＣＴの原理を踏まえ、ＮｘＮ個の吸収係数の未知な領域に対して、水平・垂直の２回の走査のみを行う。試料が均一で内部欠陥などがないならば、走査のどこの位置でも試料のビーム吸収が一様だから、信号は一定となる。しかし、内部に欠陥などがある領域に線上ビームがまたがっている場合には、信号が周辺の一様な領域よりも増大する。【００１３】  従来の１点１点走査する手法の場合には、欠陥の有無がわからないのだから、全領域を走査する事になり、測定時間が多くかかる。しかし、この線状ビームによる水平・垂直走査で欠陥の存在する領域を予め知っていれば、たとえ１点１点走査する装置でも測定を行う必要のない領域を省いて走査する事が出来るのて、かなり測定時間が短縮できる。【００１４】  特に、ラインに組み込んで、欠陥の有無のみを測定したい場合には、大幅な測定時間の短縮が期待できる。【００１５】  このように本発明は光や超音波ビームの入射によって、表面や表面下欠陥の存在する場所や、試料の性質が不均一な部分を速やかに検出する事のできる非破壊検査・評価装置及び方法である。また、点状ビームの照射結像系と組み合わせたり、線状ビームを用いたままでＣＴの技法で画像を再構成する事ができる非破壊検査・評価装置及び方法でもある。
【発明の効果】
【００１６】  この発明は以上説明したように固体試料表面または表面下における欠陥の有無、ならびに欠陥そのものを非破壊的に検出する上で従来の技術では困難であった隘路を解決する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００１７】  以下に、本発明に関わる装置及び方法の原理を、固体試料にある欠陥を測定する場合を例にとって図面に基づいて説明する。【００１８】  まず、図１の様に試料（１）の表面または内部に欠陥（２）がある場合、線状波動源（３）が図の様に水辺方向に移動する事を考える。すると、欠陥（２）に線状波動源（３）が接する箇所を、試料の外部に描いた投影図における２本の破線（Ａ，Ｂ）で表わす。この２本の破線の間では試料から発生する信号が周辺の一様な領域より大きくなる。垂直走査の場合にも、線状波動源（３‘）が接する２本の破線（Ａ′，Ｂ′）の間で信号が増大する。この様にして２回の水平と垂直走査のみで試料の全面を走査する代わりに測定対象となる領域（破線Ａ，Ｂおよび破線Ａ′，Ｂ′で囲まれる部分）の付近のみを走査すれば良いことになる。【００１９】  さらに、ＣＴの手法と結合する場合には、固体試料を励起する線状波動源を回転ステージなどに取り付けて試料面上のさまざまな角度方向に傾いた線状波動源の線に沿った和としての信号を取得し、後からそれぞれの部分での吸収係数をコンピューターを用いて数値計算により求めれば良いことになる。【００２０】  さらに、ＣＴの手法と結合する場合には、水平と垂直との中間の角度方向に傾いた線状波動源で試料を励起して信号を取得し、後からコンピューターを用いてそれぞれの部分での吸収係数を求めれば良いことになる。【００２１】  次に発明の第１の実施形態を図２に示す。図２は、超音波ビームの使用法を示したもので、駆動装置（７）に載せた固体試料（２）に、圧電素子（４）およびシリンドリカル超音波レンズ（５）を通して線状超音波ビーム（８）を収束させる。この場合の走査方向は両矢印で示した水平方向である。【００２２】  超音波の結像系は回転ステージ（６）に取り付けられているため、線状超音波ビームの試料表面における方向は自由に変える事が出来、これによりＣＴ手法を応用する事が出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２３】  超音波顕微鏡、光音響顕微鏡ならびに光熱効果を利用する顕微鏡や映像装置の測定時間の短縮化、経費の節減、生産ライン上での応用可能性の増大が期待できる点で、本装置及び方法は産業での応用、特に工業上応用される可能性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の原理を示す説明図である。
【図２】超音波ビームを用いた場合の本発明の実施方法を示した説明図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００２５】１      固体試料
２      表面または内部欠陥
３      線状波動源（水平走査時）
３‘    線状波動源（垂直走査時）
４      圧電素子
５      シリンドリカル超音波レンズ
６      回転ステージ
７      駆動装置
８      線状超音波ビーム
【図１】
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【図２】
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